催化剂被誉为现代化学工业的“心脏”，在众多化学反应中发挥着不可替代的加速作用。贵金属是催化剂中的关键组分，其用量关乎化工过程的节能增效，是化工产业低碳变革和可持续发展的关键“卡口”。2024年，全球催化剂贵金属市场规模已接近2000亿元。如何最大化贵金属利用效率、突破其原子经济性极限，已成为国际化工领域竞相争夺的科技制高点。

9月26日，《科学》（Science）在线刊发了天津大学新能源化工团队题为《原子抽提实现丙烷脱氢反应中贵金属全利用》的研究论文。该研究创新性地提出“原子抽提”策略，将在催化中起关键作用的贵金属铂原子全部抽提到表面参与催化反应，利用率接近100%。这一突破为新一代高效、低成本催化剂的设计与制备开辟了新路径，使得贵金属原子的催化价值得以极致发挥，助力化工生产更加低碳、高效、可持续。

“原子抽提”示意图

在传统催化反应中，贵金属原子易聚集成较大颗粒，导致大量原子埋藏在颗粒内部，无法参与表面反应，催化效率在低位徘徊。这一问题在丙烯生产的关键工艺，丙烷脱氢中尤为突出。丙烯是世界上产量最大的化工品之一，是塑料、橡胶、纤维、医药等领域重要的基础原料，2024年中国丙烯产量占全球总产量三分之一，总产值超过6000亿元人民币。丙烷脱氢生产中约有高达三分之二的工艺采用贵金属催化剂，但传统催化剂依赖稀缺贵金属、原子利用率低，严重制约了行业可持续发展。

贵金属表面分散度与催化剂性能关系示意图

面对这一挑战，天津大学新能源化工团队在团队负责人巩金龙教授带领下，经过近十年潜心研究，开创性地研发出“原子抽提”技术：通过在铜（Cu）纳米颗粒中引入锡原子(Sn)，利用Sn原子半径大于Cu使Sn偏析到表面，而Sn与铂（Pt）之间存在强相互作用可以将嵌入铜晶格内Pt 原子“抽提”至表面。该策略实现了近百分之百的贵金属原子表面分散度，并以金属态稳定存在。在丙烷脱氢工业相关反应条件下，所开发的催化剂在Pt用量仅为类商用催化剂十分之一的情况下，仍表现出相当的催化活性，并具备更优的稳定性和选择性。这项突破成功解决了丙烯产业长期面临的催化剂成本高、贵金属资源依赖强等关键瓶颈，为推动化工行业向“低耗、高效、绿色”转型提供了重要技术支撑。

天津师范大学、北京大学及浙江工业大学也参与了合作研究。

巩金龙介绍：“该成果不仅实现了接近百分之百的贵金属原子利用率，也为高效催化剂的设计开拓了新路径。我们将持续推进基础研究与应用实践的深度融合，为化工行业绿色低碳转型提供关键技术支撑”。

据悉，该技术为丙烯乃至整个化工行业提供了一条低成本、可持续的技术路径，是中国在全球催化科技前沿的一次突破，彰显了我国在低碳化工领域前沿基础研究的深厚积累。